Vztlak

Hydrostatický vztlak

Mějme v kapalině o hustotě ${\displaystyle \rho }$ tuhé těleso ve tvaru hranolu s podstavou o obsahu ${\displaystyle S}$ a výškou ${\displaystyle h}$. Toto těleso nechť je v kapalině ponořeno tak, že podstavy jsou vodorovné. Na všechny stěny tohoto tuhého tělesa působí kapalina tlakovou silou. Síly, které působí na boční stěny, jsou stejně velké, avšak opačného směru. Pokud neuvažujeme deformační účinek těchto sil na tuhé těleso, tak můžeme říci, že se tyto síly vzájemně vyruší.

Horní podstava nechť se nachází v hloubce ${\displaystyle h^{\prime }}$. Na tuto podstavu působí podle tlaková síla ${\displaystyle F^{\prime }=Sh^{\prime }\rho g}$, která směřuje dolů. Spodní podstava se nachází v hloubce ${\displaystyle h^{\prime \prime }=h^{\prime }+h}$. Tlaková síla, která působí na spodní podstavu, je ${\displaystyle F^{\prime \prime }=Sh^{\prime \prime }\rho g}$ a směřuje svisle vzhůru.

Výsledná vztlaková síla je vektorovým součtem síly působící na spodní podstavu a síly působící na horní podstavu, tzn.

${\displaystyle F_{\mbox{vz}}=F^{\prime \prime }-F^{\prime }=S(h^{\prime \prime }-h^{\prime })\rho g=Sh\rho g}$.

Pro objem hranolu platí ${\displaystyle V=Sh}$. Dosazením do předchozího vztahu dostaneme výraz pro hydrostatickou vztlakovou sílu, který platí nejen pro hranoly, ale pro těleso obecného tvaru.

${\displaystyle F_{\mbox{vz}}=V\rho g\,}$,

kde ${\displaystyle \rho }$ označuje hustotu kapaliny, ${\displaystyle V}$ je objem ponořené části tělesa a ${\displaystyle g}$ je gravitační zrychlení.

Výpočet velikosti hydrostatické vztlakové síly se označuje jako Archimédův zákon.

Díky hydrostatickému (či aerostatickému) vztlaku plavou lodě (rozdíl mezi vztlakovou silou a gravitační silou působící na těleso umožňuje popsat plování těles) a létají letadla lehčí vzduchu (tzv. aerostaty), např. balony či vzducholodě. Ryby jsou schopny pomocí vztlaku částečně řídit svůj pohyb vodou.

Díky aerodynamickému vztlaku mohou létat letadla těžší vzduchu (tzv. aerodyny), např. letouny či vrtulníky.

Hydrodynamického vztlaku využívají při svém pohybu některé typy lodí.